JP2005074542A - マグネシウム帯板用面削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 欠陥部の多い表面層を除去することにより、板厚が均一で綺麗な表面をもち、加工性，鍛造性に優れたマグネシウム帯板を提供する。
【解決手段】 被面削材であるマグネシウム帯板Ｍが加圧接触する円形ドラム２１，２２を巻出し装置１１と巻取り装置１２との間に配置している。マグネシウム帯板Ｍを介して円形ドラム２１，２２の周面にバイト２３，２４を対向させ、マグネシウム帯板Ｍとバイト２３，２４の接触部にクーラントＣ吹付け用のノズル３１ａ，３１ｂを指向させる。面削されるマグネシウム帯板Ｍは、巻取り側の駆動力，巻出し側の制動力で張力が付与され、円形ドラム２１，２２の周面に加圧接触する。この状態で、マグネシウム帯板Ｍの少なくとも一面がバイト２３，２４により面削される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、長尺のマグネシウム帯板を連続的に走行させながら面削し、板厚が均一化したマグネシウム薄板を製造するのに適した面削装置に関する。

連続鋳造圧延法，スラブ圧延法，押出法等の熱間加工工程を経て製造されるマグネシウム，マグネシウム合金の帯板（以下、「マグネシウム帯板」で総称する）には、酸素親和力の高いＭｇが熱間加工中に酸化した結果として、黒色又は褐色の酸化皮膜が表面全域に生成している。酸化皮膜の膜厚は通常数μｍ程度であるが、熱間加工条件に応じて膜厚変動している。酸化皮膜が非常に硬質で伸延性に乏しく、Ｍｇ自体が加工硬化率の大きな材料であることと相俟って、マグネシウム帯板をプレス加工又は鍛造する際に絞り比等の加工度を高く設定できず、歩留も劣りがちである。

酸化皮膜は、バフ研磨によりマグネシウム帯板表面から除去できる。しかし、酸化皮膜が硬質で膜厚も不均一なため、酸化皮膜を除去した帯板の板厚変動が原板よりも増大しやすい。酸化皮膜の除去により絞り性，鍛造性は改善されるものの、板厚変動の増加がプレス加工又は鍛造加工した製品の形状不良を誘発することにもなる。
ところで、本発明者等は、押出法で製造したマグネシウム帯板を面削することにより製品板厚に仕上げる方法を開発した（特許文献１）。面削によってダイマーク，酸化皮膜等の表面欠陥がマグネシウム帯板表面から除去され、表面性状の良好な製品が得られる。面削は、発火性の高いＭｇ微粉を発生させるバフ研磨に比較して安全性，生産性に優れている。
特願2002−56873号

面削は、ダイマーク，酸化皮膜に留まらず表面変質層を除去する上でも有効な方法であり、工程管理を適切にすることにより板厚精度の向上も図れる。本発明は、表面欠陥の除去及び板厚精度の向上に及ぼす面削の作用・効果に着目し、他の熱間加工法で製造したマグネシウム帯板をも面削対象とし、表面性状が良好で板厚精度の高いマグネシウム帯板を安定条件下で製造することを目的とする。

本発明のマグネシウム帯板用面削装置は、被面削材であるマグネシウム帯板をバックアップする円形ドラムを巻出し装置と巻取り装置との間に配置している。マグネシウム帯板を介して円形ドラムの周面にバイトを対向させ、マグネシウム帯板とバイトの接触部にクーラント吹付け用ノズルを指向させる。面削されるマグネシウム帯板は、巻取り側の駆動力，巻出し側の制動力で張力が付与され、円形ドラムの周面に加圧接触する。円形ドラムの周面に沿って湾曲したマグネシウム帯板の少なくとも一面がバイトにより面削される。バイトに代えてグラインダを円形ドラムに対向させても良い。

マグネシウム帯板の両面を面削する場合、マグネシウム帯板の上面側，下面側それぞれに少なくとも一対の上側円形ドラム，下側円形ドラムを配置し、マグネシウム帯板を挟んで各円形ドラムに下側バイト，上側バイトを対向させた面削装置が使用される。或いは、片面を面削したマグネシウム帯板を巻取り装置に巻き取ったコイルを反転させた後で、同様な条件下で他面を面削することも可能である。
一本の円形ドラムに対向させるバイトは、単数又は複数の何れであっても良い。複数のバイトを対向させる場合、各バイトの押込み量を上流側で小さく、下流側で大きく設定する。同様に、複数の上側円形ドラム，下側円形ドラムを交互に配置し、各円形ドラムに対向したバイトの押込み量を上流側で小さく、下流側で大きく設定しても良い。押込み量を段階的に変えることにより、一回の面削で加わる応力が小さくなり、マグネシウム帯板の破損を防止できる。

ダイマーク，酸化皮膜，変質層等の欠陥がある表面層は、マグネシウム帯板の母材部に比較して硬質で脆くなっている。表面層と母材部との材質的な相違は、マグネシウム帯板を弾性変形させたときに表面層／母材部の界面に応力や歪みが集中しやすくなることを意味する。本発明では、材質的な相違が表面層／母材部の界面に及ぼす影響をマグネシウム帯板の面削に利用している。
すなわち、被面削材であるマグネシウム帯板を円形ドラムの周面に沿って弾性変形させ、表面層／母材部の界面に応力や歪みを集中させる。バイトによる剪断力が該マグネシウム帯板に加わると、表面層／母材部の界面が破壊され、欠陥部の多い表面層がマグネシウム帯板から除去される。しかも、円形ドラムでバックアップされた状態で面削されるため、面削後の板厚変動が抑えられ、綺麗な表面をもつマグネシウム帯板製品が得られる。

本発明に従ったマグネシウム帯板用面削装置は、機台１０に巻出し装置１１，巻取り装置１２を配置し、巻出し装置１１と巻取り装置１２との間に皮剥き装置２０を設けている（図１，２）。
巻出し装置１１は、被面削材であるマグネシウム帯板Ｍがコイル状に巻き込まれた巻出しドラム１１aを備え、ブレーキ又は支持体１１bがドラム１１aに連結されている。巻取り装置１２は、皮剥き装置２０から送り出されたマグネシウム帯板Ｐ（製品）が巻き付けられるドラム１２aを備え、駆動モータ１２bがドラム１２aに連結されている。駆動モータ１２bからの動力で回転するドラム１２aによってマグネシウム帯板Ｍを引っ張りながらドラム１１aから巻き出すとき、走行中のマグネシウム帯板Ｍに所定の張力が加えられる。

マグネシウム帯板Ｍは、巻出し装置１１から送り出され、ガイドロール１３で走行方向が規制された状態で皮剥き装置２０に送り込まれる。ガイドロール１３の近傍にテンションロール１４が配置されている。皮剥き装置２０の出側にも、同様なガイドロール１５，テンションロール１６が設けられている。
各ロール１３〜１６は、皮剥き装置２０を間にして機台１０から起立する一対の側板１７，１８で軸受されている。側板１７及び１８には、面削位置を観察できるようにそれぞれ覗き窓１７a，１７b及び１８a，１８bが空けられている。
入側のテンションロール１４にブレーキ装置１４aを、出側のテンションロール１６に駆動モータ１６aを取り付けると、マグネシウム帯板Ｍに所定の張力を付与できる。また、ガイドロール１３，テンションロール１４及びガイドロール１５，テンションロール１６の位置関係を調節することによっても、マグネシウム帯板Ｍに付与される張力を制御できる。テンションロール１６による張力付与は、巻取り装置１２の駆動ドラム１２aによる張力付与に代え、或いは重畳させても良い。

皮剥き装置２０は、マグネシウム帯板Ｍの上面，下面が接触する少なくとも一対の円形ドラム２１，２２を備えている。上側円形ドラム２１，下側円形ドラム２２は、水平方向に離間する位置関係で側板１７，１８に軸受され、何れも従動回転する。上側円形ドラム２１の周面にマグネシウム帯板Ｍを挟んでバイト２３が下方から対向し、下側円形ドラム２２の周面にマグネシウム帯板Ｍを挟んでバイト２４が上方から対向している。マグネシウム帯板Ｍに対するバイト２３，２４の押込み量は、それぞれの位置微調整機構２５，２６でバイト２３，２４の前進後退量を調整することにより目標値に設定される。

位置微調整機構２５，２６は、共に側板１７，１８の間に架設され、バイト２３，２４を円形ドラム２１，２２に向けて前進・後退させるハンドル２５a，２６aを備えている。上側位置微調整機構２６のハンドル２６aは側板１７，１８間の開放上部から操作できるが、下側位置微調整機構２５のハンドル２５aを操作するために側板１７，１８の対応個所に操作窓１７c，１８cを空けている。
バイト２３，２４は、マグネシウム帯板Ｍが面接触している円形ドラム２１，２２の周面位置で円形ドラム２１，２２の軸心方向に、軸心から若干上流方向に、或いは円形ドラム２１，２２の接線方向に対する角度（掬い角）が数度となる方向に沿って装着される。何れの装着方向を採用するかは、マグネシウム帯板Ｍ，バイト２３，２４の硬度を始めとする材質的な相違を考慮して選定される。バイト２３，２４の押込み量を設定する位置微調整機構２５，２６には、過剰圧力が加わったときマグネシウム帯板Ｍからバイト２３，２４を後退させる適宜のダンパ機構を組み込んでも良い。

マグネシウム帯板Ｍの面削個所にクーラントＣを供給し、面削で発生した切り粉を回収するクーラント循環機構３０を設けている。クーラントＣには、懸濁させているＭｇ切り粉による劣化変質がない切削油が好ましく、たとえば石油系炭化水素にノニオン性界面活性剤を配合した水溶性切削油が市販されている。
クーラント循環機構３０は、円形ドラム２１，２２でバックアップされたマグネシウム帯板Ｍにバイト２３，２４が押し付けられる面削位置にノズル３１a，３１bを上流側から臨ませ、ノズル３１a，３１bをクーラントタンク３２にホース３３a，３３bで接続している。ノズル３１a，３１bから面削位置に吹き付けられたクーラントＣは、面削で発生した切り粉を懸濁させた後、パン３４に回収され、クーラントタンク３２に返送される。クーラントＣの循環経路には、クーラントＣから切り粉を濾別するフィルタ（図示せず）を設けることが好ましい。

面削中のマグネシウム帯板ＭにクーラントＣを常時供給すると、マグネシウム帯板Ｍの表面から切り粉が除去された状態で面削が進行するため、切り粉の巻込みに起因する欠陥が面削されたマグネシウム帯板Ｍに持ち込まれず、切り粉によるバイト２３，２４のチッピングも少なくなる。また、発火性の高いＭｇ切り粉が周囲に飛散せずに回収されるため、作業環境の安全も図られる。
マグネシウム帯板Ｍの面削に際しては、巻出し装置１１から引き出したマグネシウム帯板Ｍの先端をロール１３，１４の間に通し、円形ドラム２１，２２に巻き掛けた後、ロール１５，１６の間を通して巻取り装置１２のドラム１２aに巻き付ける。ドラム１２aを若干回転させると、マグネシウム帯板Ｍが引っ張られた状態で巻出し装置１１〜巻取り装置１２の間に張り渡され、マグネシウム帯板Ｍの上面が上側円形ドラム２１の周面に、下面が下側円形ドラム２２の周面に加圧接触する。

円形ドラム２１，２２でバックアップされているマグネシウム帯板Ｍの下面，上面に向けてバイト２３，２４を前進させ、位置微調整機構２５，２６によってバイト２３，２４の押込み量を目標値に設定する。バイト２３，２４としては、マグネシウム帯板Ｍの板幅よりも若干幅広の工具鋼製，超合金製，セラミック製等のバイトが使用される。バイト２３，２４に代えてグラインダを使用することも可能である。
巻取り装置１２又はテンションロール１６で張力を、巻出し装置１１又はテンションロール１４でブレーキを掛けながらマグネシウム帯板Ｍを走行させると、マグネシウム帯板Ｍが円形ドラム２１，２２の周面に加圧接触した状態で表面層がマグネシウム帯板Ｍの両面から面削除去される。面削開始と同時にノズル３１ａ，３１ｂからクーラントＣを面削位置に吹き付け、発生した切り粉をクーラントＣに回収する。或いは、面削開始に先立ってクーラントＣを面削位置に吹き付け始めても良い。

マグネシウム帯板Ｍが加圧接触する円形ドラム２１，２２の周面に面削位置を設定しているので、表面層の面削除去が円滑に進行する。面削除去の円滑化は次のように説明できる。面削されるマグネシウム帯板Ｍは円形ドラム２１，２２の周面に沿って湾曲しているが、母材部に比較して表面層は硬質で脆弱である。そのため、円形ドラム２１，２２の周面に沿って母材部が弾性変形するとき、母材部と表面層との界面に歪みや応力が発生しやすく、表面層に亀裂が発生する場合もある。歪みや応力が発生した界面にバイト２３，２４から剪断力が加えられるので、硬質で脆弱な表面層が母材部から容易に分離する。

母材部と表面層との材質的な相違を利用する上では、小径の円形ドラム２１，２２を使用し、円形ドラム２１，２２の周面に沿ってマグネシウム帯板Ｍが大きく変形するように円形ドラム２１，２２の位置関係を設定することが好ましい。円形ドラム２１，２２の径が小さくなるほど、母材部の変形量増加に伴い母材部／表面層の界面に発生する歪みや応力が大きくなる。しかし、過度に小径の円形ドラム２１，２２では、変形したマグネシウム帯板Ｍの曲率半径が小さくなり過ぎ、バイト２３，２４が正規の面削位置からずれやすくなる。

表面層が面削除去されたマグネシウム帯板Ｐ（製品）は、ガイドロール１５，テンションロール１６の間を通って巻取り装置１２に巻き込まれる。円形ドラム２１，２２でバックアップされた状態でマグネシウム帯板Ｍが面削されることから、マグネシウム帯板Ｐ（製品）は、均一な板厚に仕上げられ、絞り性，鍛造性が改善され、プレス加工，鍛造加工によって得られる成形品の形状精度も向上する。面削後の板厚変動抑制に及ぼすバックアップの影響は、マグネシウム帯板Ｍに比較して剛体強度の高い鉄製等の円形ドラム２１，２２を使用するほど顕著になる。また、従動回転する円形ドラム２１，２２でマグネシウム帯板Ｍをバックアップする方式であるため、擦り疵等の欠陥がない綺麗な表面のマグネシウム帯板Ｐ（製品）が得られる。実際、バイト２３，２４の押込み量を共に０.０７ｍｍに設定し、板厚０.６±０.０３ｍｍのマグネシウム帯板の両面を面削したところ、板厚変動が±０.００８ｍｍに抑えられた平均板厚０.４８ｍｍのマグネシウム帯板Ｐ（製品）を製造できた。

マグネシウム帯板Ｍを全長にわたって面削した後、所定時間が経過した時点でクーラントＣの送給を停止する。面削終了とクーラントＣの送給停止との間に時間差を付けることにより、円形ドラム２１，２２，バイト２３，２４等に付着している切り粉がクーラントＣで洗い流され、Ｍｇ切り粉の発火が防止されると共に次回の面削作業も容易，且つ安全に開始される。
以上の例では、バイト２３，２４でマグネシウム帯板Ｍの上下両面を面削する場合を説明した。しかし、本発明はこれに拘束されるものではなく、マグネシウム帯板Ｍの片面を面削することにも適用できる。この場合には、円形ドラム２１，バイト２３又は円形ドラム２２，バイト２４の何れか一方を省略した設備構成が採用される。また、マグネシウム帯板Ｍの片面を面削して巻取り装置１２に巻き込んだ後、マグネシウム帯板コイルを反転させて同様な条件下で面削するとき、円形ドラム２１，バイト２３又は円形ドラム２２，バイト２４の何れか一方を備えた設備構成でもマグネシウム帯板Ｍの両面を面削できる。

一本の円形ドラム２１，２２に一つのバイト２３，２４を対向させることに代え、複数のバイトを対向配置しても良い。複数のバイトを対向配置する場合、個々のバイトの押込み量を上流側で小さく下流側で大きく設定する。更には、複数の上側円形ドラム２１a，２１b・・・・・・及び下側円形ドラム２２a，２２b，２２c・・・・・・を交互に配置し、個々のドラムに下側バイト２３a，２３b・・・・・・及び上側バイト２４a，２４b，２４c・・・・・・を対向させた設備構成（図３）でも良い。図３の設備構成では、各ノズルに指向するクーラントＣ吹付け用のノズル３１a，３１bを組み込んでいる。何れの場合も、面削位置の個数に応じて個々の面削位置における切込み量を低く設定できるため、過剰圧力の印加に起因するマグネシウム帯板Ｍの破断や走行停止が防止される。

以上に説明したように、円形ドラムの周面に沿って弾性変形したマグネシウム帯板を面削しているので、欠陥部の多い表面層が円滑に除去され、板厚変動が少なく綺麗な表面をもち、加工性，鍛造性が改善されたマグネシウム帯板製品が製造される。得られたマグネシウム帯板製品は、マグネシウム本来の電磁シールド機能，軽量性，振動減衰能，放熱性等を活用し、携帯電話，ポータブルプレーヤ，ノート型パソコン等，各種電子機器のケーシング材を始めとして広範な分野で使用される。

マグネシウム帯板用面削装置の平面図 マグネシウム帯板用面削装置の側面図 複数の上側円形ドラム，下側円形ドラムを備えた面削装置の要部説明図

符号の説明

１１：巻出し装置 １２：巻取り装置 １３，１５：ガイドロール １４，１６：テンションロール １２b，１６a：駆動モータ
２０：皮剥き装置 ２１，２２：円形ドラム ２３，２４：バイト ２５，２６：位置微調整機構
３０：クーラント循環機構 ３１a，３１b：クーラント吹付け用ノズル
Ｍ：マグネシウム帯板（素材） Ｐ：マグネシウム帯板（製品） Ｃ：クーラント

Claims (3)

1. 巻出し装置と巻取り装置との間に配置され、被面削材であるマグネシウム帯板をバックアップする円形ドラムと、マグネシウム帯板を介して円形ドラムの周面に対向したバイトと、マグネシウム帯板とバイトの接触部に指向するクーラント吹付け用ノズルとを備え、張力が付与されたマグネシウム帯板の少なくとも一面がバイトで面削されることを特徴とするマグネシウム帯板用面削装置。
2. マグネシウム帯板の上面側，下面側それぞれに少なくとも一対の上側円形ドラム，下側円形ドラムが配置され、マグネシウム帯板を挟んで上側円形ドラム，下側円形ドラムそれぞれに下側バイト，上側バイトが対向している請求項１記載のマグネシウム帯板用面削装置。
3. バイトに代えてグラインダを円形ドラムに対向させている請求項１又は２記載のマグネシウム帯板用面削装置。

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